DE2348641A1

DE2348641A1 - Straehnenwicklung fuer elektrische maschinen oder apparate

Info

Publication number: DE2348641A1
Application number: DE19732348641
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Ing Auinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-09-27
Filing date: 1973-09-27
Publication date: 1975-04-24
Also published as: JPS5060701A

Description

Strähnenwicklung für elektrische Maschinen oder Apparate

Die Erfindung betrifft eine Strähnenwicklung für elektromagnetische Aktivteile einer elektrischen Maschine oder eines elektrischen Apparates.

Aus dem Buch von Sequenz "Die Wicklungen elektrischer Maschinen" Band I, 1950, Seiten 28 bis 31 ist eine einschichtige Strähnenwicklung für Einphaaefimaschinen bekannt, bei der jedem Pol des aktiven Ständers eine gesonderte Strähne zugeordnet ist und die Strähnen als Mehrfachschleifen in die genuteten Ständerblechpakete eingelegt sind.

Aus dem DT-GM 1 972 567 ist eine mehrpolige Hauptschlußmaschine mit ausgeprägten Polen bekannt, bei der eine einzige Strähne einen Ring mit axial vorspringenden Wellen bildet, die jeweils einen Pol von drei Seiten umschlingt und die vierte freie Seite der einzelnen Pole abwechselnd an verschiedenen Stirnseiten der Maschine liegen. Bei dieser bekannten Anordnung muß die dicke und steife Strähnenwicklung außerhalb des Ankers mit Hilfseinrichtungen auf die endgültige Form gebracht und in den Polring eingefügt werden, wonach erst dann die Polstücke eingesetzt und befestigt werden können. Das Polsystem muß also zerlegbar sein. Neben der erwünschten abwechselnden Erregung τοη N- und S-Polen wird dadurch, daß sämtliche Stirnseiten der Erregerwicklung in derselben Umfangsrichtung stromdurchflosaen sind, eine Wellenmagnetisierung bewirkt. Um gefährliche Lagerflüsse und störende äußere Magnetfelder zu vermeiden, müssen daher isolierte Lager und/oder amagnetische Konstruktionsteile vorgesehen werden.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, allgemein die Anwen dung von Strähnenwicklungen zu erweitern und ihre Fertigung und Montage zu erleichtern. Insbesondere sollen bei mehrphasigen Wicklungen der mit steigender Polzahl zunehmende Aufwand an elektrischen Schaltverbindungen vermieden und bei einphasigen Wicklungen bzw. Wicklungen für gleichstromerregte Polsysteme Lösungen mit einfach zu handhabenden Wicklungssträhnen geschaffen werden, die weder ein zerlegbares Polsystem erfordern, noch eine störende Wellenmagnetisierung zur Folge haben.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei mehrphasigen Strähnenwicklungen für genutete Aktivteile einer elektrischen Maschine oder eines elektrischen Apparates nach der Erfindung dadurch, daß jeder Phasenstrang aus mindestens einer in Nuten verlegten wellenförmig gestalteten Strähne besteht. Dafür werden die einzelnen Leiter jeder Strähne in die Nuten in bekannter Weise eingeträufelt bzw. eingelegt. Auch ist ein maschinelles Einbringen der vorgeformten Wicklungssträhnen in ähnlicher Weise wie bei der für Schleifspulen in der Serienfabrikation üblichen Einziehtechnik möglich.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einer einphasigen, insbesondere gleichstromerregten wellenförmigen Strähnenwicklung für ein Magnetsystem mit ausgeprägten Polen, die auf drei Seiten von einer Strähne umschlungen sind, nach der Erfindung dadurch, daß durch Strähnen mit jeweils halber Leiterzahl zwei gegeneinander um einen Polabstand versetzte, die Pole umschlingende und gegenläufig erregte Wellenzüge gebildet sind. Dabei können die entsprechend dünneren Strähnen leichter geformt und um das komplette Polsystem gelegt werden, ohne daß ein Abmontieren der Polstücke erforderlich ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen und werden anhand der Beispiele beschrieben.

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ORIGINAL INSPECTED

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen

Pig. 1 ein Wicklungsachema für eine dreiphasige Läufer-Einschichtwicklung einer elektrischen Mehrphasenmaschine, Fig. 1a einen Phasenstrang der Wicklung nach Fig. 1 und Fig. 2a zum Vergleich dessen herkömmliche Ausbildungen mit Schleifenspulen und Schaltverbindungen,

Fig. 2 einen Teil des Wickelkopfes der Wicklung nach Fig. 1, Fig. 3 eine dreiphasige Ganzlochwicklung mit q = 2 und zwei zusammengeschalteten Strähnen je Phasenstrang einer

elektrischen Maschine,
Fig. 4 eine Bruchlochwicklung mit q = 1,5 Nuten je Pol und

Strang,
Fig. 5 eine strangverschachtelte Drehstrom-Ganzlochwicklung mit q. = 2,

Fig. 6 eine Abänderung der Wicklung nach Fig. 5, Fig. 7 eine aus zwei gegenläufigen Wellensträhnen gebildete Erregerwicklung für ein Magnetsystem mit ausgeprägten

Polen,
Fig. 8 eine Variante zu Fig. 7 bei der gegenläufig erregte Wellenzüge durch mehrere sich jeweils nur über einen

Umfangsbereich erstreckende Strähnen gebildet sind, Fig. 9 einen Phasenstrang einer Drehstromwicklung für q = 2 mit mehreren je über einen Teilbereich erstreckten

Strähnen,
Fig. 10 einen Phasenstrang einer Drehstrombruchlochwicklung mit ebenfalls mehreren sich über ümfangsteilbereiche erstreckenden Strähnen.

Eine Drehstrom-Einschicht-Läuferwicklung für eine Maschine mit der Strangzahl m = 3, der Polpaarzahl ρ = 4 und der Nutenzahl N = 24 im Ständer ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Die Nutenzahl je Pol und Strang q = = = 1 .

Alle Spulen eines Stranges sind gemäß Fig. 1a zu einer wellenförmigen entsprechend vielleitrigen Strähne zusammengefaßt

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und jede der drei Strähnen I, II, III mit je zwei Anschlüssen X-U, Y-U und Z-W versehen, die an beliebiger Stelle des Läuferumfanges herausgeführt sein können. Jede Strähne ist allen Polen zugeordnet und erstreckt sich über den ganzen Umfang des Läufers. Die Wickelköpfe der einzelnen Strähnen I bis III kreuzen sich entsprechend Fig. 2 nach Art einer bekannten Zweietagen-Einschichtwicklung. Da jeder Strang aus einer schnell und einfach zu bewickelnden Strähne gebildet ist, die allen Polen zugeordnet ist, bedarf es, wie der Vergleich zwischen Fig. 1a und 1b zeigt, keiner sonst notwendigen Schaltverbindungen, die stets isolationstechnische Schwachstellen bilden. Im Gegensatz zu der bei den üblichen Schleifenspulen bekannten Art des zusammenhängenden Wickeins sämtlicher Spulen bedarf es hier zur Vermeidung gesonderter Schaltverbindungen keines Überbrückens zweier zu verschiedenen Strängen gehöriger Spulen mit zusätzlich isolierten Spulenschlaufen, die zudem noch gesondert fliehkraftgesichert werden müssen. Dagegen können beim Gegenstand der Erfindung, insbesondere bei höherpoligen Maschinen, die nur wenig axial ausladenden Wickelköpfe durch einfaches Verschnüren und Imprägnieren mit härtbaren Imprägniermitteln so verfestigt werden, daß gesonderte Bandagen, Halteringe und weitere Stützmittel entfallen können. Gemäß Fig. 2 ist jede als Phasentrennung mitbenutzte Isolierumbandelung 1 abschnittsweise über die betreffende Strähne I, II, III in gleichbleibenden Abständen angeordnet und kann als Markierung zum Formen der Wellen beim händischen Einlegen bzw. Einträufeln jeder Strähne mitbenutzt werden.

Es ist hierbei für die schnelle und einfache Festigung vorteilhaft, die einzelnen Strähnen der Reihe nach in die Nuten einzuträufeln, z.B. als erste die Strähne I, dann die Strähne II und zuletzt die Strähne III. Wenn man die dabei auftretenden unterschiedlichen Wickelkopflagen mit geringfügig unterschiedlichen Stirnstreuungen vermeiden will, muß zur Erzielung völlig symmetrischer Wickelkopflagen und Streuungen ein gemeinsames Einbringen bzw. Einträufeln der einzelnen Spulen

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aller Strähnen erfolgen. Wie "bereits erwähnt, können die entsprechend vorgeformten Wicklungssträhnen der Reihe nach oder auch gemeinsam maschinell eingezogen werden.

In Fig. 3 ist das Schaltbild einer 6-poligen Drehstromsträhnenwicklung für N = 36 Nuten gezeigt. (Granzlochwicklung mit q = = 2). Jeder Strang ist aus zwei im wesentlichen parallel nebeneinander verlaufenden Wicklungssträhnen Ia und It», Ha und Hb, IHa und IHb gebildet. Elektrisch sind die beiden Strähnen völlig gleichwertig und können wahlweise parallel oder in Reihe geschaltet werden. Auch ist ein zusammenhängendes Wickeln der Strähnen möglich. Im Wickelkopf können die nebeneinander liegenden' Strähnen zu einem gemeinsamen Leiterbündel bzw. einer Strähne doppelten Querschnitts zusammengefaßt werden. Der Unterschied zur Einlochwicklung nach Pig. 1 und 2 besteht dann praktisch nur darin, daß die entsprechend dickere Strähne je zur Hälfte in zwei benachbarten Nuten untergebracht ist. Dies gilt entsprechend für die übrigen Stränge in gleicher Weise, wobei die Anwendung für Ständer oder Läufer gleich gut geeignet ist.

In 3?ig. 4 ist eine Bruchlochwicklung für eine Maschine mit

• N ¹^

m = 3, N = 36 und ρ = 4, d.h. q = = η dargestellt, bei der die über alle Pole erstreckte Strähne I, II bzw. III jedes Stranges eine q¹ = 1 entsprechende Zahl von Wellen aufweist, die N¹ = q¹ · 2p = 8 Nuten pro Strang belegt. Die festlichen

Nuten pro Strang, nämlich — - N' =4 werden durch zwei symmetrisch angeordnete Zwischenschleifen I'-j» I¹ ο innerhalb der wellenförmig fortlaufenden Strähne I belegt. Gleiches gilt für die Strähnen II und III.

In analoger Weise können Bruchlochwicklungen beliebiger Art geschaffen werden.

Bei Mehrlochwicklungen ist auch eine Strangverschachtelung der einzelnen Phasenstränge möglich. Ausgehend von dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel mit q = 2 Nuten je Pol und

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Strang ergibt sich die in Fig. 5 dargestellte 8-polige in 48 Nuten verteilte Wicklung dadurch, daß jeweils die Nuten und 3, 10 und 11, 18 und 19 usw. mit vertauschten Strängen belegt sind. Die beiden" jeweils mit Ia und Ib, Ha und Hb, IHa und IHb bezeichneten Wicklungssträhnen verlaufen bis auf die erläuterten Vertauschungen im wesentlichen wieder parallel. Dabei werden aber in den beiden Strähnen jedes Stranges unterschiedliche Spannungen induziert, was eine Serienschaltung der Strähnen zwingt und eine Parallelschaltung ausschließt.

Wenn auch.eine Parallelschaltung der beiden Strähnen jedes Stranges möglich sein soll, kann dies gemäß Fig. 6 dadurch erreicht werden, daß. die beiden Strähnen eines jeden Stanges

durch zwei Kreuzungsstellen I"

wieder symmetrisch geUp,

macht werden. Jede Strähne hat zwei Anschlüsse TJ^, X..,

Die Vorteile solcher strangverschachtelter Strähnenwicklungen liegen in wesentlich verringerten Wicklungsfaktoren für die ungeradzahligen Harmonischen, wie die folgende Gegenüberstellung zeigt:

Eins chichtwicklung nach Fig. 3 (bzw. üngesehnte Zweischichtwicklung)

optimale Zweischichtwick
lung,
5/6-gesehnt

strangverschachtelte Einschichtwicklung nach Fig. 5 oder Fig. 6

13

U'ti

0,966

0,707

0,259

0,933

0,5

0,067

0,902

0,354

0,0173

In Flg. 7 ist eine Strähnenwicklung für eine Magnetanordnung mit ausgeprägten Polen N, S angedeutet, die aus zwei über

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— 7 —

sämtliche Pol erstreckten wellenförmigen Strähnen A, B halber Leiterzahl gebildet ist, und bei der die beiden Strähnen um einen Polabstandf versetzt in den Pollücken radial übereinander und gegenläufig erregt angeordnet sind. Dazu ist es vorteilhaft, die beiden versetzt angeordneten Strähnen zumindest innerhalb der Pollücken radial abzuflachen bzw. in Umfangsrichtung auszuweiten,um eine verringerte radiale Erstreckung zu erhalten. Die dünneren Wicklungssträhnen sind leichter formbar und können auch in ein nicht zerlegbares Polsystem eingebracht werden. Daneben ergibt sich als elektrischer Vorteil das Fehlen einer nach außen wirkenden Ringdurchflutung und damit der Wegfall einer unerwünschten Wellenmagnetisierung.

Bei großen Durchmessern der ungenuteten Blechpakete und/oder einer hohen Polzahl müssen die Strähnen eine entsprechend große Windungslänge erhalten. Bei Läuferwicklungen besteht zusätzlich die Schwierigkeit, daß zum Einlegen einer rings um den Umfang verlaufenden Strähne der u.U. sehr schwere Rotorkörper hochgehoben werden muß. Um mit kurieren Strähnen auszukommen, die leichter zu wickeln und zu handhaben sind, können bei allen möglichen der vorgenannten Wicklungsarten statt einer über sämtliche Pole erstreckten Strähne mehrere kürzere, nur jeweils über einen Umfangsteilbereich reichende Strähnen vorgesehen werden. Dabei ist jede der entsprechend verkürzten Strähnen so zusammengedrückt verlegt, daß sich zwei Wellenzüge gegenläufiger Richtung ergeben. Das Einlegen dieser Strähnen erfolgt von der Bohrungsseite her, wozu bei Läufern lediglich ein abschnittsweises Verdrehen, aber kein Hochheben erforderlich ist.

In Fig. 8 ist ein derartig gewickeltes Magnetsystem dargestellt, wobei jeweils drei der ausgeprägten Pole von einer in zwei gegenläufigen Wellen geformten Strähne umschlungen sind. Bezüglich der sonstigen Vorteile gilt auch hier das bei Pig. 7 Gesagte.

- 8 5098177041 0

Bei einer mehrphasigen Wicklung mit q = 1 können die gegenläufigen Wellenzüge paarweise in gleichen Nuten liegen. Bei Mehrlochwicklungen werden hierfür zweckmäßig "benachbarte Nuten herangezogen, wie es in Fig. 9 für eine Drehstromeinschichtwicklung mit q = 2 Nuten pro Pol und Strang dargestellt ist. Die Strähnen IA und IB umfassen jeweils einen TJmfangsbereich von vier Polen.

Fig. 10 stellt eine mit in vor- und rückläufigen Wellenzügen verlegten Strähnen ausgeführte Bruchlochwicklung für q = 2,5 Nuten pro Pol und Strang dar. Dadurch, daß sich die Strähnen IA und IB jeweils über den Bereich eines Poles überlappen, sind Zwischenschleifen, wie sie bei der Bruchlochwicklung nach Fig. 4 angeordnet wurden, nicht erforderlich.

Anstelle von Überlappungszonen könnten auch Lücken zwischen Wicklungssträhnen, die demselben Phasenstrang angehören, vorgesehen sein. Des weiteren sind auch strangverschachtelte und/oder in den Zonenbreiten variierte Wicklungen auf diese Weise herstellbar. Da sich bei mehrphasigen Strähnenwicklungen in diesen Varianten eine größere Zahl von Kreuzungsstellen und Überstiegstellen in den Wickelköpfen ergeben, müssen diese in mehreren Etagen (mindestens drei Etagen), ähnlich wie bei Bruchlochwicklungen nach Pig. 4 im Bereich der Zwischenschleifen, verlegt werden. Strähnenwicklungen der letztgenannten Art sind besonders für Wanderfeldinduktoren von Linearoder Sektormaschinen geeignet.

13 Patentansprüche
10 Figuren

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Claims

Patentansprüche

( 1./Mehrphasige Strähnenwicklung für genutete magnetische Aktivteile einer elektrischen Maschine oder eines elektrischen Apparates, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Phasenstrang aus mindestens einer in Nuten verlegten wellenförmig gestalteten Strähne (I, II, III) besteht.

2. Einphasige, insbesondere gleichstromerregte wellenförmige Strähnenwicklung für eine Magnetanordnung mit ausgeprägten Polen, die auf drei Seiten von einer Strähne »mschlungen sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch Strähnen (A, U) mit jeweils halber Leiterzahl zwei gegeneinander um einen Polabstand versetzte, die Pole (N, S) umschlingende und gegenläufig erregte VTellenzüge gebildet sind.

5. Strähnenwicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Strähne (la, IB) sich über einen Teilbereich des Aktivteils erstreckt.

4. Strähnenwicklung nach Anspruch 1 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Strähnen der einzelnen Phasenstränge eine Einschichtwicklung bilden.

5. Strähnenwicklung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß jedem Phasenstrang eine der Nutenzahl pro Pol und Strang entsprechende Zahl von elektrisch miteinander verbundenen Strähnen zugeordnet ist.

6. Strähnenwicklung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Wickelkopf bildenden Teile der Strähnen wie bei einer Einschicht-Zweietagenwicklung angeordnet s ind.

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7. Strähnenwicklung nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Bruchlochwicklung innerhalb der wellenförmig fortlaufenden Strähne Zwischenschleifen (I'-j, I'₂) angeordnet sind.

8. Strähnenwicklung nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Isoliermittel (1) zur Phasentrennung für jede Strähne (I, II, III) im Wickelkopf vor dem Einlegen der Strähne angebracht und als Markierungen mitbenutzt sind.

9. Strähnenwicklung nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strähnen (Ia, Ib, Ha, Hb, IHa, IHb) verschiedener Phasensträne in benachbarten Nuten des Aktivteils strangverschachtelt angeordnet sind (Fig. 5).

10. Strähnenwicklung nach Anspruch 1 für einen höherpoligen Läufer einer elektrischen Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß die umbandelten Wickelköpfe unter Portfall gesonderter Halte- und Stützmittel mit härtbaren Harzen imprägniert sind.

11. Strähnenwicklung naoh Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß jede Strähne (A, B) in Form von zueinander gegenläufigen Wellenzügen den Polen (N, S) zugeordnet sind (Fig. 7).

12. Strähnenwicklung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Wellenzüge, die dem gleichen Phasenstrang angehören, innerhalb des Bereiches einer Polteilung überlappt angeordnet sind (Pig. 10).

13. Strähnenwicklung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Wellenzügen, die dem gleichen Phasenstrang angehören, eine dem Bereich einer Polteilung entsprechende Lücke angeordnet ist.

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